《颗粒污染物的去除》PPT课件.ppt

第四章 颗粒污染物的去除,大气污染控制工程,第四章 颗粒污染物的去除,本章学习内容： 机械式除尘器 湿式除尘器 电除尘器 过滤式除尘器 除尘器的选择,第一节 机械式除尘器,机械式除尘器是指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）分离粉尘的除尘器，即重力沉降室、惯性除尘器、 旋风除尘器等。,重力沉降室是通过重力作用使颗粒污染物从气体中沉降分离的一种除尘装置。,重力沉降室示意图,一、重力沉降室,含尘气流由管道进入沉降室后，流速大大降低，大而重的尘粒在重力作用下沉降至底部。,1.沉降室的除尘效率 沉降室的除尘效率，主要决定于气流的流动状态，一般可分为层流式重力沉降和湍流式重力沉降两类。 层流式沉降包括：无混合的塞状流和无混合的层流两种流动状态； 湍流式沉降包括：横向混合的湍流和完全混合的湍流。,一、重力沉降室,无混合的塞状流沉降室的除尘效率 假定： （1）气流流动状态保持在层流范围内，各断面气流速度分布均匀； （2）颗粒在除尘器入口断面上分布均匀； （3）颗粒的运动轨迹是由两个分速度合成的，在水平方向，颗粒与气体具有相同的速度v0，在垂直方向，忽略气体的浮力，颗粒仅在重力和气体阻力作用下以其终末重力沉降速度vs沉降。,一、重力沉降室,设沉降室的长、宽、高分别为 ，水平气流速度为 (m/s)，处理气体流量为（m3/s），则气流在沉降室内的停留时间:,一、重力沉降室,在时间t内，粒径为dp的颗粒的重力沉降高度hc为,对于粒径为dp的颗粒，只有在高度hc以下进入沉降室，才能以其沉降速度vs沉降到下部灰斗中：,，代入上式中得到：,一、重力沉降室,对于斯托克斯区域，沉降速度,1、 重力沉降室能100%去除的最小粒径为：,由于沉降室内的气流扰动和返混的影响,工程上一般用分级效率的公式的一半作为实际效率:,一、重力沉降室,2 沉降室的设计 沉降室的设计包括确定几何尺寸（ ）和分级除尘效率、总除尘效率等。 在确定几何尺寸时: （1）选定要全部去除的最小粒径，计算出其重力沉降速度vs*,则有 :,一、重力沉降室,（2）确定平均气流速度v0，由选定的高度H求出最小长度L，或由选定的L求出最大高度H(v0取值范围: 0.2-2m/s,视要求的除尘效率和占地空间大小而定) （3）沉降室尺寸确定后，便可进行分级效率计算。然后根据和粉尘粒径分布数据计算总除尘效率。,一、重力沉降室,提高沉降室效率的主要途径 降低沉降室内气流速度 增加沉降室长度 降低沉降室高度 多层沉降室:设置几层水平隔板 折流板式沉降室:加设一些垂直的挡板，利用气流绕流的惯性作用,一、重力沉降室,重力沉降室的优点 结构简单,投资少 压力损失小（一般为50100Pa） 维修管理容易 缺点 体积大,效率低 仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子,一、重力沉降室,例4-1 用沉降室作为含尘气流的初级净化装置，粉尘真密度为2670kg/m3，浓度为28.9g/m3，常温常压下的空气流量为1800m3/h。试确定全部捕集40m以上的颗粒时沉降室的尺寸。 解：确定沉降室尺寸 首先计算dp=40m颗粒的重力沉降速度vs*,一、重力沉降室,选取气流速度v0=0.3m/s，沉降室高H=1.2m, 则沉降室长 沉降室宽,一、重力沉降室,惯性除尘器是使含尘气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性作用使其与气流分离的装置。,1惯性除尘器除尘机理,二、惯性除尘器,2 惯性除尘器结构型式,惯性除尘器的结构形式可分为碰撞式和回转式两类。,碰撞式气流冲击挡板捕集较粗粒子 回转式改变气流方向捕集较细粒子,(a)单级碰撞式;(b)多级碰撞式; (c)百叶式;(d)回转式,二、惯性除尘器,3 惯性除尘器的应用,惯性除尘器宜用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。由于其净化效率不高，只能用于多级除尘中的第一级除尘，捕集10-20m以上的粉尘，其压力损失差别很大，一般为100-1000Pa。,二、惯性除尘器,1旋风除尘器的基本原理,旋风除尘器是使含尘气流作旋转运动，在离心力作用下使尘粒从气流中分离捕集下来的装置，是常用的除尘器。普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成,三、旋风除尘器,普通旋风除尘器内气流形式,气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋 少量气体沿径向运动到中心区域 :上旋流 旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋 气流运动包括切向、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度,旋风除尘器内气流与尘粒的运动,三、旋风除尘器,切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁 到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗 上涡旋气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出,三、旋风除尘器,旋风除尘器内气流切向速度和压力分布,三、旋风除尘器,切向速度 外涡旋的切向速度分布： n 称为涡流指数 内涡旋的切向速度正比于半径 内外涡旋的界面上气流切向速度最大 交界圆柱面直径 dI = ( 0.61.0 ) de , de 为排气管直径,三、旋风除尘器,径向速度 假定外涡旋气流均匀地经过交界圆柱面进入内涡旋,平均径向速度 轴向速度 外涡旋的轴向速度向下 内涡旋的轴向速度向上 在内涡旋，轴向速度向上逐渐增大，在排出管底部达到最大值,三、旋风除尘器,2.旋风除尘器的除尘效率及影响因素 在旋风除尘器内，粒子的沉降主要取决于离心力FC和向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD: (1)FCFD，粒子在离心力推动下移向外壁而被捕集； (2)FCFD，粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，最后由排出管排出； (3)FC=FD，作用在尘粒上的外力之和等于零，粒子在交界面上不停地旋转。,三、旋风除尘器,除尘效率为50%的粒径即为除尘器的分割直径，用dc表示。因为FC=FD，对于球形粒子，由斯托克斯定律得到： dc愈小，说明除尘效率越高，性能愈好。,三、旋风除尘器,当dc确定后，可以根据雷思-利希特模式计算其他粒子的分级效率：,三、旋风除尘器,对于给定的旋风除尘器，随气体流量增加、颗粒密度增大、气体粘度减小（或气体温度降低）、旋风除尘器尺寸D减小，分级效率升高。 旋风除尘器的除尘效率将随进口含尘浓度的增加而提高。 旋风除尘器的结构型式，对除尘器的除尘效率影响很大。例如出口管直径d变小时，除尘效率提高；锥体适当加长，有利于提高除尘效率。 如果锥底和下部灰斗不严密，外部空气漏入，会使落入灰斗的粉尘重新被带走，造成除尘效率显著下降。,三、旋风除尘器,3 旋风除尘器的压力损失 旋风除尘器压力损失控制范围一般为500-2000Pa。 用压力损失系数表示的旋风除尘器压力损失计算式为：,三、旋风除尘器,4 旋风除尘器的结构型式 旋风除尘器的结构型式按气流进入方式不同，可分为： 切向进入式：直入式、蜗壳式 轴向进入式：逆流式、直流式,三、旋风除尘器,旋风除尘器的入口形式,三、旋风除尘器,并联式旋风除尘器: 当处理气量较大时，可将若干个小旋风除尘器并联起来使用。并联除尘器的压损约为单体的1.1倍，气体量为各单体气体量之和 .,多管除尘器: 采用许多小型旋风除尘器（称为旋风子）组合在一个壳体内并联使用的整体组合方式，布置更紧凑，外形尺寸小；处理气体量更大；能较有效地捕集510m的粉尘；可用耐磨铸铁铸成，因而允许处理含尘浓度较高的气体。,并联式旋风除尘器,三、旋风除尘器,5 旋风除尘器的设计,收集设计资料 （1） 含尘气体特性，成分、温度、湿度、腐蚀性、流 量等； （2） 粉尘特性，浓度、成分、密度、粒径分布、粘度、含水率、纤维性和爆炸性等； （3） 防尘性能要求，除尘效率和压力损失等； （4） 粉尘回收利用的方式与价值； （5） 各种除尘器的特征，除尘效率、压力损失、价格、金属耗量、运行费用及维修管理难易程度等； （6）其他资料，如水源、电源、通风机、冷却装置、安装现场及有关设备材料的供应情况等。,三、旋风除尘器,旋风除尘器的选型设计 计算法:,（1）由入口含尘浓度和出口含尘浓度（或排放标准）计算出要求达到的除尘效率； （2）结合流体性质及安装场所等选定旋风除尘器的结构型式； （3）根据所选除尘器的分级效率d和粉尘的颗粒粒径分布，计算所选除尘器能够达到的除尘效率T ，若T，说明设计满足要求，否则应选择更高性能的旋风除尘器或改变运行参数。 （4）计算运行条件下的阻力损失P。,三、旋风除尘器,经验法:,（1）计算所要求的除尘效率； （2）选定除尘器的结构形式； （3）根据所选除尘器的-vi 试验曲线确定入口风速vi； （4）根据处理气量Q和入口风速vi计算出所需除尘器的进口面积A； （5）由旋风除尘器的类型系数K=A/D2求出除尘器的筒体直径D，然后便可从手册中查到所需除尘器的型号规格。,三、旋风除尘器,切向入口旋风除尘器标准尺寸比例,旋风除尘器的结构设计,三、旋风除尘器,例4-2 试根据拉普尔的标准尺寸比例设计一普通旋风除尘器，已知：处理气量Q=4608m3/h；流体温度t=20； 流体含尘浓度为cj=10g/m3； 粉尘密度p=2600kg/m3；空气密度=1.29kg/m3；烟气粘度可近似按空气处理，=1.8110-5 Pas。设蜗壳偏心角=1800，偏心距e = 0.10m。流体中粉尘粒度分布见下表：,三、旋风除尘器,解：1.确定旋风除尘器的几何尺寸： 设进口面积为A，取进口速度v = 16 m/s 因此， 根据拉普尔标准尺寸比例, 取h = 2b 则 （1）入口宽度b,三、旋风除尘器,（2）入口高度h h = 2b = 0.4m （3）筒体直径D D = 4b = 0.8m （4）排气管直径d d = 0.5D = 0.4m （5）卸灰口直径dx dx = 0.25D = 0.2m （6）筒体长度l1 l1 = 2D = 1.6m （7）锥体长度l2 l2 = 2D = 1.6m （8）排气管长度l3 l3 = 0.625D = 0.5m,三、旋风除尘器,2计算除尘效率 （1）计算旋涡指数, 由式（4-7）得 取内外涡旋分界圆柱的直径d0 = 0.7d, 由式（4-6）得 由式（4-9）可得,三、旋风除尘器,根据（4-11）临界分离粒径dc为,分级效率由式（4-12）给出,分级除尘效率计算结果如下：,三、旋风除尘器,总除尘率：,3计算阻力损失,由（4-14）给出，,阻力损失由式（4-13）得,三、旋风除尘器,第二节 湿式除尘器,湿式除尘器是实现含尘气体与液体的密切接触，使颗粒污染物从气体中分离捕集的装置，能同时达到除尘和脱除部分气态污染物的效果，还能用于气体的降温和加湿。 湿式除尘器具有结构简单、造价低和净化效率高等优点，可以有效地除去直径为0.120m的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物。 适宜净化非纤维性和非水硬性的各种粉尘，尤其是净化高温、易燃和易爆气体。选用湿式除尘器时要特别注意管道和设备的腐蚀、污水和污泥的处理、烟气抬升高度减小及冬季排气产生冷凝水雾等问题。,一、湿式除尘原理,1 湿式除尘机理 主要取决于惯性碰撞和拦截作用,布朗扩散、热泳和静电的作用在一般情况下则是较为次要。,2 湿式除尘器的除尘效率与能耗,湿式除尘器的总能量消耗Et等于气体的能耗EG与加入液体的能耗EL之和 ：,湿式除尘器的总除尘效率是气液两相之间接触率的函数，,一、湿式除尘原理,一、湿式除尘原理,公式（4-18）中特性参数和值,一、湿式除尘原理,二、湿式除尘器分类和性能,高能和低能湿式除尘器 低能湿式除尘器的压力损失为0.251.5kPa，对10m以上粉尘的净化效率可达9095%。 高能湿式除尘器的压力损失为2.59.0kPa，净化效率可达99.5以上,根据湿式除尘器机制，可将其大致分为七类： 喷雾塔洗涤器； 旋风洗涤器； 自激喷雾洗涤器； 泡沫洗涤器； 填料塔洗涤器； 文丘里洗涤器； 机械诱导喷雾洗涤器。,二、湿式除尘器分类和性能,湿式气体洗涤器的性能和操作范围表,二、湿式除尘器分类和性能,三、喷雾塔洗涤器,气液两相逆向流动，在塔内接触，通过惯性碰撞、拦截、扩散等作用，雾滴降颗粒物捕集。 液体从塔顶经雾化喷嘴喷出后，向塔底自由沉降；含尘气体从塔底进入，流向塔顶。,喷雾塔洗涤器,斯台尔曼（Stairmand）研究了尘粒和水滴尺寸对喷雾塔除尘效率的影响。如图4-9所示，在液气比一定时，当水滴直径在0.51mm的范围内时，对各种尺寸的尘粒均有最高除尘效率。,在喷雾塔中的碰撞捕集效率,三、喷雾塔洗涤器,最佳液滴直径 喷雾塔的除尘效率取决于液滴直径及其与气流之间的相对运动速度，在喷液量一定时，喷雾愈细，液滴的数量越大，靠拦截捕集尘粒的概率越大。但细液滴的沉降速度较小，则与气体之间的相对运动速度要比大液滴小，因而靠惯性碰撞捕集尘粒的概率随液滴直径的减小而减小。由于这两种对立的机制，便存在一个最佳液滴直径。,三、喷雾塔洗涤器,如果液滴再细一些，则要考虑液滴在塔中的降落时间及被气流带走的可能，这取决于液滴的沉降速度和空塔气速v0。在实际中，v0值大致取为液滴沉降速度vSD的50%。这样，液滴直径为500m时vSD为1.8m/s，则v0取0.9m/s较合适。严格控制喷雾液滴大小均匀，对提高除尘效率是很重要的。,三、喷雾塔洗涤器,优点 喷雾塔结构简单 压力损失小（500pa） 操作稳定 工程中 一般主要用于废气的预处理 严格控制喷雾的过程，保证液滴大小均匀，对有效的操作很有必要,缺点 除尘效率低 对10m的粉尘的除尘效率仅70%左右,三、喷雾塔洗涤器,四、旋风洗涤器,喷雾沿切向喷向筒壁，使壁面形成一层很薄的不断下流的水膜 含尘气流由筒体下部导入，旋转上升，靠离心力甩向壁面的粉尘为水膜所粘附，沿壁面流下排走,旋风水膜除尘器,旋风洗涤器中的最佳液滴直径已从理论上估算出为100m左右，实际中采用的液滴直径范围为100200m。常采用螺旋型喷嘴、旋转圆盘、喷溅型喷嘴及超声喷嘴等来获得这样细的液滴。,四、旋风洗涤器,旋风洗涤器适于净化5m以上的尘粒。在净化亚微米范围内的粉尘时，常将它放在文丘里洗涤器之后，用于分离液滴。也用于吸收某些气体，如：净化含有SO2、SO3、H2S、NOx等有毒有害气体，而麻石水膜除尘器则从材料上解决了除尘防腐的问题。,四、旋风洗涤器,五、自激喷雾洗涤器,由具有一定动能的气流直接冲击到液体表面上以形成雾滴的洗涤器称为“自激喷雾式”洗涤器。 优点：高含尘浓度时能维持高的气流量，耗水量小。,水浴除尘器,1. 气流入口；2. 顶板；3. 气流出口； 4. 气体通道；5. 挡水板；6. 溢流管,五、自激喷雾洗涤器,六、文丘里洗涤器,1 文丘里洗涤器的工作原理和结构尺寸,(1)文丘里洗涤器的工作原理,文丘里洗涤器,除尘器系统的构成 文丘里洗涤器 除雾器 沉淀池 加压循环水泵 除尘过程,六、文丘里洗涤器,雾化、凝聚和脱水三个过程 含尘气体由进气管进入收缩管后流速增大，在喉管气体流速达到最大值。在收缩管和喉管中气液两相之间的相对流速很大。从喷嘴碰出来的水滴，在高速气流冲击下雾化，尘粒充分被水湿润。尘粒与水滴，或尘粒与尘粒之间发生激烈的凝聚。在渐扩管中凝聚成较大的含尘水滴，更易于捕集。,六、文丘里洗涤器,(2)文氏管几何尺寸的确定,文氏管几何尺寸,文氏管的进口直径D0，一般按与之相联的管道直径确定，进口管道中流速一般为16-22m/s；,六、文丘里洗涤器,文氏管出口管直径D4，一般按出口管后面的除雾器要求的进气速度确定，除雾器入口气速一般选18-22m/s。 文氏管的喉管尺寸对效率和阻力的影响较大，喉管直径按喉管内气流速度确定，一般取40-120m/s喉管的长度一般取直径的0.8-1.5倍，或取200-350mm。 扩散管的扩散角，一般取6-8 ，有人认为以不超过6为宜。,六、文丘里洗涤器,卡尔弗特（Calvert）压力公式:,2 文丘里洗涤器的压力损失和除尘效率 (1)压力损失 影响文氏管压力损失的因素很多，如结构尺寸、喷雾方式、压力、液气比、气体流动状况等。,海斯凯茨（Hesketh）方程:,六、文丘里洗涤器,2除尘效率 卡尔弗特（Calvert）提出了分级效率为：,可由Nukiyama和Tanasawa提出的经验公式计算：,六、文丘里洗涤器,收集需处理的废气的有关资料，包括废气流量、废气温度、废气密度、废气中粉尘的浓度、粉尘的密度、粒尘的粒径分布等；当地政府对该污染源下达的粉尘排放标准。,七、湿式除尘器的设计,1 湿式除尘器的设计步骤,确定要达到的处理效率。,根据废气和粉尘的特点、性质及需要达到的处理效率，选取恰当的湿式除尘设备。,计算各种粒径的粉尘的分级效率，由此得到总去除率，并与要求的除尘效率比较，如达到要求，则继续向下计算，如达不到要求，则重新选择设备参数，再计算分级效率和总除尘效率，直至达到要求为止。,计算设备的阻力降。,计算设备的其它结构参数。,根据工程经验，选取设备的有关参数。,七、湿式除尘器的设计,2 湿式除尘器的设计举例 例4-3 某厂外排烟气的流量为40000m3/h，烟气温度为20（与除尘水温一样），烟气中烟尘浓度为3500mg/m3，烟尘密度为5103kg/m3，烟尘粒度分布为,试设计一湿式除尘器，使烟气处理后烟尘浓度达到出口浓度低于100mg/mN3的要求。,七、湿式除尘器的设计,七、湿式除尘器的设计,解：（1）要求的总除尘效率为: T=1-100/3500=97.1% （2）由于烟气中烟尘的粒径很小，dp1m的烟尘占据了较大比例，再加之要求的除尘效率很高，所以宜选择文丘里除尘器，且文氏管的喉管气速选择为120m/s，液气比为1.0L/m3,（3）计算液滴的平均粒径,查表得，在温度为20时 =7.27510-2N/m l=10210-5Pas,七、湿式除尘器的设计,（4）计算除尘效率 计算各粉尘的分级效率，以dpi=0.5m为例，查表得： g=1.8110-5Pas，,七、湿式除尘器的设计,首先计算 Cunningham修正系数：,取 ，根据式（4-21）式,代入式（4-20）： 根据式（4-19）,七、湿式除尘器的设计,同理可算出其它粒径的粉尘的分级效率： 10m 97.8% 99.3% 100% 100% 由此可得，总的除尘效率为 =0.5697.8 % +0.2499.3 % +0.1100 % +0.1100 % =98.6%97.1% 可见能达到除尘要求。,七、湿式除尘器的设计,（5）确定文氏管的几何尺寸 喉管直径： 喉管长度： （其它尺寸不应根据进出口管要求进行计算，这里不再计算）,七、湿式除尘器的设计,（6）计算阻力降 校核vT： 按式（4-17）计算阻力降,七、湿式除尘器的设计,第三节 电除尘器,电除尘器是利用静电力实现粒子与气流分离的一种除尘装置。 电除尘器的能耗小，压力损失一般为200-500Pa，除尘效率高。最高可达99.99%。此外，处理气体量大，可以用于高温、高压的场合，能连续运行，并可完全实现自动控制。 电除尘器的主要缺点是初投资高，要求制造、安装和管理的技术水平较高。,粉尘荷电,粉尘沉降,集尘极表面清灰,1-电晕极； 2-电子； 3-离子； 4-尘粒； 5-集尘极； 6-供电装置； 7-电晕区,电除尘器的除尘过程示意图,一、电除尘的工作原理,二、电晕放电,1电晕放电机理,“电子雪崩” 电压达到一定大小时，放电电极附近具有相当高的电场强度，气体所含固有的少量电子被加速到足够的速度并具有足够的能量，当与中性气体分子碰撞时，将中性分子中的电子碰出，从而使中性分子又电离出正离子和自由电子，如此多次反复，放电电极周围聚集大量自由电子和气体离子。这一过程称为“电子雪崩”。,二、电晕放电,“电晕现象” 气体分子离子化的过程又产生大量电子电晕现象在“电子雪崩”过程中，伴随着光的闪射，且时常发出响声，这一现象称为“电晕现象”。 形成负离子对维持稳定的负电晕是很重要的。对负电晕来说，电负性气体的存在是维持电晕放电的重要条件。在空气或多数工业废气中，存在着数量足够多的电负性气体，如O2、Cl2、CCl4、HF、SO2、SF6等气体都是电负性气体。,二、电晕放电,2 起始电晕电压 起始电晕场强系指开始发生电晕放电处的电场强度,此时两极间所加的电压称为起始电晕电压。,管式电除尘器的电场,距离r处的电场强度为：,起始电晕所需电场强度的经验公式:,二、电晕放电,例4-4 若管式电除尘器电晕线半径为1mm，集尘圆管直径为200mm，运行空气压力为101325Pa，温度为300，试计算起始电晕电压和场强。 解：由式（4-24），取mp =0.7时，求得起晕场强:,起晕电压由式（4-25）得：,二、电晕放电,气体组成的影响,温度和压力的影响,3 影响电晕特性的因素,不同气体对电子的亲合力、迁移率不同,气体温度和压力的不同影响电子平均自由程和加速电子及能产生碰撞电离所需要的电压 ,力升高和温度降低时气体密度增大，因此起始电晕电压增高。,二、电晕放电,两种机理 电场荷电或碰撞荷电离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电 扩散荷电离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程； 依赖于离子的热能，而不是依赖于电场 粒子的主要荷电过程取决于粒径 大于0.5m的微粒，以电场荷电为主 小于0.15m的微粒，以扩散荷电为主 介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。,三、粒子荷电,三、粒子荷电,1 电场荷电,粒子附近的电场,粒子的饱和荷电量,粒径是影响粒子荷电量的主要因素。一般电场荷电所需要的时间小于0.1s。这个时间相当于气流在电除尘器内流动1020cm所需时间。因此，可认为粒子进入电除尘器后立刻达到了饱和电荷。,三、粒子荷电,2 扩散荷电,与电场电荷过程相反，不存在扩散荷电的最大极限值（根据分子运动理论，不存在离子动能上限） 荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间 怀特（White）利用动力学原理推导出扩散荷电的理论方程：,三、粒子荷电,3 电场荷电和扩散荷电的综合作用,处于中间范围 （0.150.5m）的粒子，简单地将电场荷电和扩散荷电的电荷相加，可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量,三、粒子荷电,例4-5 计算板式电除尘器中粒径为0.5m的尘粒在荷电时间分别为0.1 s、1.0 s和10 s时的近似荷电量，已知条件为p=5，E0=3105 V/m，T=300 K，N0=1014个/m3，离子质量m=5.310-26 kg。 解：0.5m的尘粒，属于粒径的中间范围，故两种荷电机制均需考虑。这里采用最简单的一种近似计算方法，取尘粒的总荷电量等于电场荷电量和扩散荷电量之和。 由已知条件可看出，所给荷电时间均大于0.1s，所以电场荷电量可按饱和荷电量公式(4-26)计算。,三、粒子荷电,将离子的平均速度： 代入扩散荷电量计算公式(4-27)中，则有： 再将上式与饱和荷电量计算公式(4-26)相加，则得尘粒总荷电量的近似计算公式,三、粒子荷电,代入数值后得：,当荷电时间t=0.1 s时，荷电量Q(0.1)=8.2610-18C； t=1 s时，荷电量Q(1)=9.9210-18C； t=10 s时，荷电量Q(10)=11.5710-18C。,三、粒子荷电,四、粒子的捕集,1 粒子驱进速度 电除尘器中的荷电粒子在库仑力和空气阻力平衡时所达到的终末电力沉降速度，即粒子驱进速度： 对于较大粒子，粒子荷电量可以近似地按电场荷电的饱和值确定，对于0.2m以下粒子，可近似按扩散荷电方程计算。但需用肯宁汉修正系数加以修正。,2 分级除尘效率方程,在dt时间内于dx空间捕集 的粒子质量为：,vdt = dx，,四、粒子的捕集,捕集效率方程式推导示意图,考虑到 ，即理论分级捕集效率方程（即多依奇方程）：,多依奇方程概括地描述了分级捕集效率与集尘板面积、气体流量和粒子驱进速度之间的关系，指明了提高电除尘器效率的途径，因而被广泛应用在电除尘器的性能分析和设计中。,四、粒子的捕集,3 影响捕集效率的因素,有效驱进速度 将某种结构型式的电除尘器在一定运行条件下捕集某类粉尘达到的总捕集效率值，代入多依奇方程中反算出相应的驱进速度，称为有效驱进速度: 有效驱进速度值的大小，取决于粉尘种类、粒径分布、电场风速、电除尘器的结构型式、振打清灰方式、供电方式等因素。,四、粒子的捕集,各种工业粉尘的有效驱进速度,四、粒子的捕集,粉尘比电阻 。,如果比电阻过低，放电很快,当带负电的粉尘到达集尘极后立即因静电感应获得与集尘极同极性的正电荷。正电荷形成的斥力会使沉积的粉尘又重返气流。 如果比电阻过高，到达集尘极的粉尘放电很慢，残留着部分电荷排斥后来的粉尘，且会在粉尘层和极板之间造成电压降，引起粉尘层空隙中的气体被电离，发生“反电晕”放电 电除尘器运行最适宜的范围为104-21010cm,四、粒子的捕集,粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响,四、粒子的捕集,粉尘比电阻对有效驱进速度的影响,粉尘比电阻对场强分布的影响,四、粒子的捕集,五、电除尘器的类型和结构,1 电除尘器的分类 按集尘极型式不同分：管式和板式电除尘器 按气流流动方向分： 卧式和立式电除尘器 按电极在电除尘器内的布置分： 单区式和 双区式电除尘器 按清灰方式分：干式和湿式电除尘器,2 电除尘器的结构,(1).电晕电极和集尘极 (2).清灰装置 (3).气流分布板 (4).高压供电设备,五、电除尘器的类型和结构,(1)电晕电极和集尘极,电晕电极是电除尘器中使气体产生电晕放电的电极，主要包括电晕线、电晕框架、电晕框悬吊架、悬吊杆和支持绝缘套管等。,电晕线的形式,五、电除尘器的类型和结构,电晕线固定方式 重锤悬吊式 管框绷线式,五、电除尘器的类型和结构,集尘极,振打时粉尘的二次扬起少 单位集尘面积消耗金属量低 极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形 振打时易于清灰，造价低,五、电除尘器的类型和结构,(2).清灰装置,主要方式有： 机械振打、电磁振打、刮板清灰、水膜清灰等。 湿式电除尘器的清灰 干式电除尘器的清灰,五、电除尘器的类型和结构,(a) 水膜清灰 (b) 挠臂锤振打电极框架的机械清灰 (c) 刮板式清灰,五、电除尘器的类型和结构,最常见的气流分布板有 百叶窗式、多孔板、分布格子、槽形钢式和栏杆型分布板。 对气流分布的具体要求是 任何一点的流速不得超过该断面平均流速的40%在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平均流速不得相差 25%。,(3).气流分布板,五、电除尘器的类型和结构,(4).高压供电设备 高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流 供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上 通常高压供电设备的输出峰值电压为70l000kV，电流为1002000mA 增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能改善电除尘器性能，但投资增加，必须考虑效率和投资两方面因素,五、电除尘器的类型和结构,六、电除尘器的设计和选型,收集有关资料 除通用资料外,还有: (1)粉尘的比电阻及其随运行条件的变化情况； (2)电除尘器壳体承受压力； (3)电除尘器的风载、雪载以及地震载荷： (4)安装除尘器处的海拔高度； (5)车间、现场平面图。 确定粉尘的有效驱进速度 确定所要求的除尘效率和集尘极板面积 电除尘器选型 验算电场风速(0.7-1.3m/s),例4-6 某钢厂90 m2烧结机机尾废气电除尘器的实测结果为：入口含尘浓度为26.8 g/m3，出口含尘浓度0.133 g/m3，气体流量Q为44.4 m3/s。该电除尘器断面积F为40 m2，集尘极板总面积AT为1982 m2。试参考以上数据设计另一新建130 m2烧结机机尾的电除尘器，要求除尘效率99.8%，工艺设计给出的总烟气量为70.0 m3/s。,六、电除尘器的设计和选型,解：根据实测数据计算原电除尘器的除尘效率和有效驱进速度： 除尘器横断面风速,六、电除尘器的设计和选型,按要求的=99.8%，选取e=0.119 m/s，求得新除尘器比集尘极板面积AT /qv =52.3 s/m，则所需集尘极板总面积 AT = 52.370 = 3661 m2 若选取系列产品SHWB60型，则集尘极板总面积为3743 m2，有效断面积为63.3 m2，此时除尘器断面风速为,计算所得v在0.71.3 m/s范围之内，符合要求，说明选型合适。,六、电除尘器的设计和选型,第四节 过滤式除尘器,过滤式除尘器是使含尘气流通过多孔过滤材料将粉尘分离捕集的装置。过滤式除尘器分为采用滤布的表面式过滤器，采用纤维、硅砂等的内部式过滤器。采用滤纸或纤维作滤料的空气过滤器，主要用于通风和空气调节工程的进气净化；采用滤布作滤料的袋式除尘器，主要用于工业废气的除尘；采用硅砂等作滤料的颗粒层除尘器，可用于高温烟气除尘。,空气过滤器 滤纸或玻璃纤维,颗粒层除尘器 砂、砾、焦炭等颗粒物,袋式除尘器 纤维织物,第四节 过滤式除尘器,一、袋式除尘器的除尘机理,1 袋式除尘器的滤尘机理 除尘过程: 含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内，气流通过滤布的孔隙时，粉尘被滤布阻留下来，透过滤布的气流由排出口排出。沉积于滤布上的粉尘层，在机械振动的作用下从滤布表面脱落下来，落入灰斗中。,机械振动袋式除尘器,滤尘机制: 包括筛分、惯性碰撞、拦截、扩散和静电吸引。筛分作用是袋式除尘器的主要滤尘机制之一。,一、袋式除尘器的除尘机理,滤布的滤尘过程,2 袋式除尘器的除尘效率 滤料的结构 织布的滤尘作用，主要靠滤料上形成的粉尘层，而滤布则更多地起着形成粉尘层和支撑骨架的作用。 袋式除尘器在进行清灰时，不应将滤布上的粉尘全部除掉，应保留一层粉尘（粉尘初层），以保证滤布在清灰后仍有较高的除尘效率。,一、袋式除尘器的除尘机理,(2) 粉尘粒径 从袋式除尘器的分级效率曲线可以看出，对于粒径为0.2-0.4m的粉尘，在不同状况下的过滤效率皆最低。此外，还可看出，清洁滤料的滤尘效率最低，积尘后升高，清灰后有所下降。,滤料在不同状况下的分级效率 1积尘后的滤料；2振打后的滤料；3清洁滤料,一、袋式除尘器的除尘机理,(3) 粉尘层厚度 滤布表面粉尘层的厚度，一般用粉尘负荷m表示，它代表每平方米滤布上沉积的粉尘质量（kg/m2）。粉尘层厚度对不同结构的滤料的影响是不同的，只是在使用机织布滤料的条件下，对滤尘效率的影响才显著。对于针刺毡滤料，这一影响则较小，对表面过滤材料则几乎没有影响。,一、袋式除尘器的除尘机理,(4) 过滤速度,过滤速度是一个重要的技术经济指标。一般来讲，除尘效率随过滤速度增加而下降，过滤速度的选取还与滤料种类和清灰方式有关,一、袋式除尘器的除尘机理,(5)清灰方式的影响 清灰方式不同，清灰时逸散粉尘量不同，清灰后残留粉尘量也不同,对除尘效果有重要影响。,(6)除尘效率计算公式 丹尼斯（Dennis）和克莱姆(Klemm)提出了计算袋式除尘器的效率公式：,一、袋式除尘器的除尘机理,3 袋式除尘器的压力损失 压力损失：重要的技术经济指标，不仅决定着能量消耗，而且决定着除尘效率和清灰间隔时间等。 袋式除尘器的压力损失可表达成如下形式：,除尘器结构的压力损失 系指气流通过除尘器入口、出口和其他构件的压力损失，通常为200-500Pa。,一、袋式除尘器的除尘机理,过滤层的压力损失 可表示成清洁滤料的压力损失 与滤料上沉积的粉尘层的压力损失 之和，即 对于给定的滤料和操作条件，滤料的压力损失 基本上是一个常数。清洁滤料的压损较小，一般为50200Pa。 通过袋式除尘器的压力损失主要由 决定粉尘层的压力损失要占袋式除尘器总压力损失的绝大部分，通常达5002000Pa。,一、袋式除尘器的除尘机理,二、袋式除尘器的滤料,按照结构的不同可将滤料分成机织布、针刺毡和表面过滤材料等 机织布（编织物） 针刺毡工艺简单；致密，除尘效率高；容尘量小，易于清灰 表面过滤材料:指包括微细尘粒在内的粉尘几乎全部阻留在其表面而不能透入其内部的滤料。,袋式除尘器的滤料,二、袋式除尘器的滤料,三、袋式除尘器的结构型式,1按清灰方式分类,机械振动式 利用手动、电动或气动的机械装置使滤袋产生振动而清灰 逆气流清灰 利用与过滤气流相反的气流，使滤袋形状变化，粉尘层受挠曲力和屈曲力的作用而脱落 脉冲喷吹清灰 将压缩空气在短暂的时间（不超过0.2s）内高速吹入滤袋，同时诱导数倍于喷射气流的空气，造成袋内较高的压力峰值和较高的压力上升速度，使袋壁获得很高的向外加速度，从而清落粉尘。,机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取1.02.0m/min，压力损失为800 1200Pa,机械振动式,三、袋式除尘器的结构型式,(a)垂直方式 ;(b)水平方式; (c)扭转方式,优点是工作性能稳定，清灰效果较好 缺点是滤袋常受机械力作用，损坏较快，滤袋检修与更换工作量大,机械振动式,三、袋式除尘器的结构型式,逆气流清灰 过滤风速一般为0.52.0m/min，压力损失控制范围10001500Pa 除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，特别适用于粉尘粘性小、玻璃纤维滤袋的情况,三、袋式除尘器的结构型式,逆气流清灰方式 （a）过滤；（b）反吹；（c）沉降,三、袋式除尘器的结构型式,脉冲喷吹清灰 必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续 时间（通常为0.1一0.2s） 每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清 灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s 脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰，净化效率达99；过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠,三、袋式除尘器的结构型式,脉冲喷吹清灰袋式除尘器,三、袋式除尘器的结构型式,2按滤袋形状分类 （1）圆袋：袋式除尘器多采用圆筒形滤袋，通常直径为120-300mm，袋长为2-12m。圆袋受力较好，袋笼及连接简单，易获得较好的清灰效果。 （2）扁袋：扁袋有板形、菱形、楔形、椭圆形、人字形等多种形状。特点是均为外滤式，内部都有相应的骨架支撑。扁袋布置紧凑，在体积相同时，可布置较多的过滤面积，一般能增加20%-40%。,三、袋式除尘器的结构型式,3按过滤方向分类 （1）外滤式 气体由滤袋外侧穿过滤料流入滤袋的内侧，粉尘被阻留在滤袋的外表面。外滤式滤袋内需设支撑骨架。脉冲喷吹类和高压反吹类多为外滤式。 （2）内滤式 含尘气体由袋口进入滤袋的内，然后穿过滤袋流向外侧，粉尘被阻留在滤袋的内表面。内滤式多用于圆袋。机械振动、逆气流反吹等清灰方式多用内滤式。,外滤式,内滤式,三、袋式除尘器的结构型式,四、袋式除尘器的设计,1 袋式除尘器的选型 (1)收集有关资料 (2)初步确定袋式除尘器的基本型式 主要包括除尘器类型、滤料及滤袋形状、过滤 及清灰方式等的选择及确定。 (3)计算过滤面积 根据处理风量及过滤风速（参照产品样本），按式（4-33）计算过滤面积。 (4) 袋式除尘器型号规格的确定 过滤面积确定后，根据风量和过滤面积可选定袋式除尘器的型号规格。,2 袋式除尘器结构设计 当无法采用定型产品，必须自行设计时，可按下述步骤进行。 (1)根据处理气体流量，计算总过滤面积。 过滤风速应根据含尘浓度、粉尘特性、滤料种类及清灰方式进行确定。一般可采用以下数据：手动清灰：0.200.75m/min；机械振动清灰: 12m/min；逆气流反吹清灰: 13m/min；脉冲喷吹清灰:24m/min。,四、袋式除尘器的设计,(2)确定滤袋尺寸，包括滤袋直径d和滤袋长度l 滤袋直径一般为100300mm。直径小，易堵灰；直径大，有效空间利用率低。袋长多为2 10m。脉冲喷吹式袋长较小，回转反吹风式滤袋可长一些。一般说来，直径小，滤袋短；直径大，滤袋长。每组内相邻两滤袋间距一般为50 70mm，组与组以及滤袋与壳体之间距离视检修方便而定。 (3)计算每个滤袋面积A,四、袋式除尘器的设计,(4) 计算滤袋数n,(5) 壳体及附属装置设计 该部分内容包括除尘器箱体、进排气口形式、灰斗形状、支架结构、检修孔及操作平台等。 (6) 粉尘清灰机构设计与清灰制度确定，以 及卸灰输灰装置设计。,四、袋式除尘器